CN107972050A - 一种柔性智能机械手 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柔性智能机械手，包括固定座，固定座的下部安装数个自适应机械手指，自适应机械手指包括第一旋转杆，第一旋转杆的一端与固定座铰接；固定座上安装有第一步进电机，固定座上的第一步进电机能带动第一旋转杆旋转，第一旋转杆的一端铰接第二旋转杆，第一旋转杆的端部安装第二步进电机，第一旋转杆上的第二步进电机能够带动第二旋转杆旋转，第二旋转杆的端部连接自适应贴合装置；本发明通过数个自适应机械手指与数个记忆海绵弹性推动装置相结合，极大地降低了被夹取物体与智能机械手脱离的几率，采用自适应机械手指与记忆海绵弹性推动装置相结合的机械手，夹取失败率降低了50％以上。

Description

一种柔性智能机械手

技术领域

本发明涉及一种机械手，属于工业用机器人领域，尤其涉及一种柔性智能机械手。

背景技术

机械手是一种能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置，特点是可以通过编程来完成各种预期的作业，构造和性能上兼有人和机械手机器各自的优点。

现有的机械手手指大多为刚性材质，智能利用夹紧力挟住被夹持物体，但由于被夹持物体的外形不同，往往与机械手指配合的表面不是平面，造成机械手指与被夹持物体智能点接触，或者部分线接触，使机械手指与被夹持物体配合不紧密，在夹持过程中，被夹持物体时容易掉落。

如中国专利(申请公布号：CN102321853A)公开了一种“航空器及其超低温***用不锈钢管及其制备方法”，其采用含如下质量百分比成分的不锈钢管坯轧制而成：C：0.04％以下、Mn：8.00％～10.00％、Si：1.00％以下、P：0.03％以下、Cr：19.00％～21.00％、Ni：5.5％～7.5％、Mo：0.75％以下、Co：075％以下、N：0.15％～0.40％，剩余部分为铁。采用上述技术方案制备的不锈钢管的抗拉强度在979～1117MPa，屈服强度大于827MPa，延伸率为20％。其钢的奥氏体非常稳定，即使经过60％的冷加工，仍能保持无磁的特征，它具有良好的强韧度和耐腐蚀性能，室温时的强度是一般奥氏体不锈钢304、321、316的两倍，该钢具有良好的工艺性、耐腐蚀性和抗高温氧化能力，并在-253℃的超低温的情况下，具有很高的强度和韧性，同时也具有很好的高温性能，此钢种广泛应用在航空和低温***的抗高温氧化部件和无磁的部件。该发明虽然能提高不锈钢管的抗拉强度和屈服强度，但强度和韧性较差，不适合在机械手重复动作使用。

如中国专利(申请公布号：CN105479480A)公开了“一种机械手”，包括：连接杆，固定于连接杆下的夹板，设于夹板上的中空部并夹住器件的气球，固定于连接杆两侧并连接于气球的充放气组件，连接于连接杆上的限位杆，卡接于限位杆并带动上述限位杆上下移动的齿轮，连接于齿轮的旋转电机。本发明提供一种能避免损坏器件，适用于各种规格的器件，且可以调节机械手与器件之间的距离的机械手。但该机械手不具有自适应性能，因而柔性和通用性较差。

发明内容

本发明的目的是提供一种柔性智能机械手，用于解决现有的机械手柔性较差不具有自适应调整的缺陷。。

本发明通过以下技术方案予以实现：

一种柔性智能机械手，包括固定座，固定座的下部安装数个自适应机械手指，所述自适应机械手指包括第一旋转杆，第一旋转杆的一端与固定座铰接；固定座上安装有第一步进电机，固定座上的第一步进电机能带动第一旋转杆旋转，第一旋转杆的一端铰接第二旋转杆，第一旋转杆的端部安装第二步进电机，第一旋转杆上的第二步进电机能够带动第二旋转杆旋转，第二旋转杆的端部连接自适应贴合装置；所述自适应贴合装置包括定位板，定位板的一侧与第二旋转杆连接，定位板的另一侧连接关节轴承和数个第一弹簧，数个第一弹簧位于关节轴承侧周，关节轴承的固定端与旋转板连接，关节轴承的活动端连接旋转板，数个第一弹簧的端部均与旋转板的侧周连接，旋转板的侧周安装数个支撑杆，支撑杆的一端连接橡胶环，橡胶环的一侧连接弹性橡胶膜，弹性橡胶膜能覆盖橡胶环中部的孔，定位板的侧周安装至少三套记忆海绵弹性推动装置；所述海绵弹性推动装置包括导向管，导向管的一侧与定位板连接，导向管内部安装压杆，压杆的一端连接记忆海绵球，压杆的另一端连接数个第二弹簧，第二弹簧的一端连接导向管。

如上所述的一种柔性智能机械手，所述第一旋转杆和第二旋转杆均为高强度复合钢杆，所述高强度复合钢杆包括外套管和高弹性立柱，外套管套在高弹性立柱上，高弹性立柱与外套管之间安装铝镁合金管。

如上所述的一种柔性智能机械手，所述高弹性立柱与外套管均采用合金耐磨材料制成，所述合金耐磨出料以质量百计各组分为：碳：0～0.05％；氮：0～0.05％；锰：7.2～8％；硅：0～1％；铬：20％～21％；镍：4％～5％；钒：6.2％～8.5％；碳化钇：2.3％～3.5％；碳化钬：1.2％～2.4％；余量为铁。

如上所述的一种柔性智能机械手，所述合金耐磨材料的各组分经过高温1750℃熔融后，恒温15小时；然后浇筑到模具中分别形成高弹性立柱与外套管的外形；然后将高弹性立柱在恒温炉中以每小时下降5℃降温至室温，将外套管浇筑成型后立即投入到温度为0℃的水中，高弹性立柱、外套管和铝镁合金管插接完成后与上法兰盘和下法兰盘焊接制成成品。

如上所述的一种柔性智能机械手，所述固定座的侧部安装控制器，固定座的底部安装第一距离传感器，定位板的侧部安装第二距离传感器，第一距离传感器的感应探头竖直朝下，第二距离传感器的感应探头朝向水平方向。

如上所述的一种柔性智能机械手，所述弹性橡胶膜为氯丁橡胶膜。

如上所述的一种柔性智能机械手，所述合金耐磨材料还含有0.51％的金属钠。

如上所述的一种柔性智能机械手，所述合金耐磨材料还含有0.74％的金属锂。

与现有技术相比，本发明的优点是：

1、本发明通过数个自适应机械手指与数个记忆海绵弹性推动装置相结合，极大地降低了被夹取物体与智能机械手脱离的几率，记忆海绵弹性推动装置单独夹取物体时数个配合点间距较大，不能有效夹取较小的物体，自适应机械手指单独夹取较大物体时，会由于只能与被夹取物体的局部小面积配合，而导致滑脱。将数个自适应机械手指与数个记忆海绵弹性推动装置相结合，能够使机械手能够同时很好地夹取较大物体和较小物体。记忆海绵弹性推动装置单独夹取物体时，会由于接触面积较小而产生转动，而自适应机械手指单独夹取物体时，会由于物体产生较大加速度与物体脱离，数个自适应机械手指与数个记忆海绵弹性推动装置相结合后，自适应机械手指能够通过第一弹簧的压缩使橡胶环能够自适应贴合面的方向，记忆海绵弹性推动装置能够在橡胶环与被夹取物体配合时，与被夹取物体形成数个配合点，并且记忆海绵球在与被夹取物体配合后，表面会适应接触面，增加自身与被夹取物体的接触面积，当物体出现加速度时，记忆海绵弹性推动装置通过高摩擦力降低了被夹取物体的滑动距离，从而使自适应机械手指能与被夹取物体紧密配合，从而既避免了物体出现转动导致与机械手脱离，同时避免了物体出现较高的加速度时与机械手脱离。采用自适应机械手指与记忆海绵弹性推动装置相结合的机械手，夹取失败率降低了50％以上。

3、本发明在自适应机械手指的指尖端部安装自适应贴合装置，自适应贴合装置在与被夹持物体配合时，首先旋转板会在机械手指与被夹持物体指尖压力的作用下利用关节轴承活动端的活动压缩第一弹簧自动旋转，旋转至于被夹持物体配合面相对平行的角度，使橡胶环朝向被夹持物体，同时橡胶环能够扣在被夹持物体配合面上，当夹持物体配合面具有凸起和不平时，弹性橡胶膜可以利用弹性紧紧包裹住凸起，从而大大提高了机械手指与被夹持物体间的接触面积，进而提高了机械手指与被夹持物体间的摩擦力，防止在夹持过程中被夹持物体时轻易掉落。同时，弹性橡胶膜和橡胶环均与有弹性，当机械手夹持过程中遇见震动时，弹性橡胶膜和橡胶环可以利用弹性始终与被夹持物体贴合，从而避免了夹持物体在震动时轻易掉落。

4、本发明还具有结构简洁紧凑、制造成本低廉和使用简便的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍。

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的Ⅰ部放大结构示意图；

图3为图1的沿A-A线的放大结构示意图。

附图标记：1-固定座，2-第一距离传感器，3-第一旋转杆，4-第二旋转杆，5-定位板，6-第二距离传感器，7-橡胶环，8-第一弹簧，9-旋转板，10-关节轴承，11-支撑杆，12-弹性橡胶膜，13-控制器，14-第二弹簧，15-导向管，16-压杆，17-记忆海绵球，22-外套管，24-铝镁合金管，25-高弹性立柱。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-图3所示，本实施例一种柔性智能机械手，包括固定座1，固定座1的下部安装数个自适应机械手指，自适应机械手指包括第一旋转杆3，第一旋转杆3的一端与固定座1铰接，固定座1上安装有第一步进电机，第一步进电机能带动第一旋转杆3旋转，第一旋转杆3的一端铰接第二旋转杆4，第一旋转杆3的端部安装第二步进电机，第二步进电机能够带动第二旋转杆4旋转，第二旋转杆4的端部连接自适应贴合装置，所述自适应贴合装置包括定位板5，定位板5的一侧与第二旋转杆4连接，定位板5的另一侧连接关节轴承10和数个第一弹簧8，数个第一弹簧8位于关节轴承10侧周，关节轴承10的固定端与旋转板9连接，关节轴承10的活动端连接旋转板9，数个第一弹簧8的端部均与旋转板9的侧周连接，旋转板9的侧周安装数个支撑杆11，支撑杆11的一端连接橡胶环7，橡胶环7的一侧连接弹性橡胶膜12，弹性橡胶膜12能覆盖橡胶环7中部的孔,定位板5的侧周安装三个或三个以上记忆海绵弹性推动装置，所述海绵弹性推动装置包括导向管15，导向管15的一侧与定位板5连接，导向管15内部安装压杆16，压杆16的一端连接记忆海绵球17，压杆16的另一端连接数个第二弹簧14，第二弹簧14的一端连接导向管15。

具体而言，本实施例的柔性机械手通过数个自适应机械手指与数个记忆海绵弹性推动装置相结合，极大地降低了被夹取物体与智能机械手脱离的几率，记忆海绵弹性推动装置单独夹取物体时数个配合点间距较大，不能有效夹取较小的物体，自适应机械手指单独夹取较大物体时，会由于只能与被夹取物体的局部小面积配合，而导致滑脱。数个自适应机械手指与数个记忆海绵弹性推动装置相结合，能够使机械手能够同时很好地夹取较大物体和较小物体。

在记忆海绵弹性推动装置单独夹取物体时，会由于接触面积较小而产生转动，而自适应机械手指单独夹取物体时，会由于物体产生较大加速度与物体脱离，数个自适应机械手指与数个记忆海绵弹性推动装置相结合后，自适应机械手指能够通过第一弹簧8的压缩使橡胶环7能够自适应贴合面的方向，记忆海绵弹性推动装置能够在橡胶环7与被夹取物体配合时，与被夹取物体形成数个配合点，并且记忆海绵球17在与被夹取物体配合后，表面会适应接触面，增加自身与被夹取物体的接触面积，当物体出现加速度时，记忆海绵弹性推动装置通过高摩擦力降低了被夹取物体的滑动距离，从而使自适应机械手指能与被夹取物体紧密配合，从而既避免了物体出现转动导致与机械手脱离，同时避免了物体出现较高的加速度时与机械手脱离。采用自适应机械手指与记忆海绵弹性推动装置相结合的机械手，夹取失败率降低了50％以上。

在自适应机械手指的指尖端部安装自适应贴合装置，自适应贴合装置在与被夹持物体配合时，首先旋转板9会在机械手指与被夹持物体指尖压力的作用下利用关节轴承10活动端的活动压缩第一弹簧8自动旋转，旋转至于被夹持物体配合面相对平行的角度，使橡胶环7朝向被夹持物体，同时橡胶环7能够扣在被夹持物体配合面上，当夹持物体配合面具有凸起和不平时，弹性橡胶膜12可以利用弹性紧紧包裹住凸起，从而大大提高了机械手指与被夹持物体间的接触面积，进而提高了机械手指与被夹持物体间的摩擦力，防止在夹持过程中被夹持物体时轻易掉落。同时，弹性橡胶膜12和橡胶环7均与有弹性，当机械手夹持过程中遇见震动时，弹性橡胶膜12和橡胶环7可以利用弹性始终与被夹持物体贴合，从而避免了夹持物体在震动时轻易掉落。

如图3所示，本实施例的第一旋转杆3和第二旋转杆4均为高强度复合钢杆，所述高强度复合钢杆包括外套管22和高弹性立柱25，外套管22套在高弹性立柱25上，高弹性立柱25与外套管22之间安装铝镁合金管24，高弹性立柱25与外套管22均采用由如下质量百分比合金耐磨材料制成，合金耐磨材料含有各组分的质量百分数分别为：碳：0～0.05％；氮：0～0.05％；锰：7.2～8％；硅：0～1％；铬：20％～21％；镍：4％～5％；钒：6.2％～8.5％；碳化钇：2.3％～3.5％；碳化钬：1.2％～2.4％；余量为铁。

在合金耐磨材料中增加了碳化钇和碳化钬，碳化钇和碳化钬在同时加入到合金耐磨材料中时，能够大幅度增加合金耐磨材料成品的强度和耐磨性。经过大量实验发现，在其他组分相同的情况下，单独加入碳化钇时，钢材的强度提升幅度仅在2～2.2％附近波动，即不能够使钢材的强度有太明显提升；在其他组分相同的情况下，单独加入碳化钬时钢材的强度提升幅度仅在1.3～1.5％附近波动，即同样不能够使钢材的强度有太明显提升。而当同时加入碳化钇和碳化钬，且碳化钇：2.3％～3.5％；碳化钬：1.2％～2.4％；时所制成的合金耐磨材料的强度提高15％～19.8％，强度提升幅度明显，可以有效提高机械手指的综合强度。

由于采用了加入碳化钇和碳化钬的材料制成高弹性立柱25与外套管22，本发明在高弹性立柱25与外套管22之间安装铝镁合金管24；铝镁合金管24相较于高弹性立柱25与外套管22屈服强度较低，当高弹性立柱25与外套管22配合后受到外界压力时，铝镁合金管24可以通过形变更加严密的填充高弹性立柱25与外套管22受力后的结合面，增加结合面的面积，减小高弹性立柱25与外套管22受力后的结合面的局部压强，从而使高弹性立柱25与外套管22具有更好地抵抗外界冲击的能力，同时弹性立柱25与外套管22之间增加了可以在外力下容易产生形变的铝镁合金管24，可以使弹性立柱25与外套管22之间有一定的间隔，避免弹性立柱25与外套管22刚性连接，从而可以使弹性立柱25与外套管22能够在收到冲击时，产生自身微小的形变以缓解冲击，从而大大提高了机械手指的综合强度。

本实施例中合金耐磨材料的各组分经过高温1750度熔融后，恒温15小时；然后浇筑到模具中分别形成高弹性立柱25与外套管22的外形，然后将高弹性立柱25在恒温炉中以每小时下降5度降温至室温，将外套管22浇筑成型后立即投入到温度为零度的水中，高弹性立柱25、外套管22和铝镁合金管24插接完成后与上法兰盘21和下法兰盘23焊接制成成品。

本发明的合金耐磨材料的各组分经过高温1750度熔融后，恒温15小时可以使合金耐磨材料得各个组分充分融合，利用流动的钢铁液体使碳化钇、碳化镱、铬、镍、钒等组分能够更加均匀地进入钢铁的晶格中，从而有效提高了合金耐磨材料的强度。本发明的高弹性立柱25与外套管22采用两种方式降温，可以使高弹性立柱25与外套管22具有不同的特性，而带有两种特性的材料套接后，可以提高机械手指的综合强度。本发明的高弹性立柱25在恒温炉中以每小时下降25度降温至室温可以增加高弹性立柱25的韧性，使高弹性立柱25可以通过回弹对外界冲击进行缓冲，而外套管22浇筑成型后立即投入到温度为零度的水中可以提高外套管22的刚性，使外套管22可以抵御外界的碰撞，外套管22和高弹性立柱25结合后，既能够对外界碰撞进行缓冲，同时利用高弹性立柱25的韧性可以提高立柱本体抗弯折的能力。

如图1所示，本实施例在固定座1的侧部安装控制器13，固定座1的底部安装第一距离传感器2，定位板5的侧部安装第二距离传感器6，第一距离传感器2的感应探头竖直朝下，第二距离传感器6的感应探头水平方向设置。

第一距离传感器2能够感应机械手指直线竖直方向物体的距离，第二距离传感器6能够感应物体与机械手指之间的距离，二者结合可以方便机械手更加精确地拿取物体。本发明的控制器13输入端与第一距离传感器2和第二距离传感器6连接，控制器13的输出端连接控制第一旋转杆3和第二旋转杆4的步进电机，控制器13为PLC模块或单片机。

进一步的，本实施例中的弹性橡胶膜12为氯丁橡胶膜。采用氯丁橡胶膜可以提高自适应贴合装置的柔性和使用寿命。

更进一步的，本实施例中合金耐磨材料还含有0.51wt％的金属钠。经过试验表明加入0.51wt％的金属钠能够使合金耐磨材料的强度峰值提高0.5％。合金耐磨材料还含有0.74wt％的金属锂。经过试验表明加入0.74wt％的金属锂能够填充合金耐磨材料金属原子间隙，进一步提高合金耐磨材料的强度。

本发明未详尽描述的技术内容均为公知技术。

Claims (8)

1.一种柔性智能机械手，其特征在于，包括固定座(1)，固定座(1)的下部安装数个自适应机械手指，所述自适应机械手指包括第一旋转杆(3)，第一旋转杆(3)的一端与固定座(1)铰接；固定座(1)上安装有第一步进电机，固定座(1)上的第一步进电机能带动第一旋转杆(3)旋转，第一旋转杆(3)的一端铰接第二旋转杆(4)，第一旋转杆(3)的端部安装第二步进电机，第一旋转杆(3)上的第二步进电机能够带动第二旋转杆(4)旋转，第二旋转杆(4)的端部连接自适应贴合装置；所述自适应贴合装置包括定位板(5)，定位板(5)的一侧与第二旋转杆(4)连接，定位板(5)的另一侧连接关节轴承(10)和数个第一弹簧(8)，数个第一弹簧(8)位于关节轴承(10)侧周，关节轴承(10)的固定端与旋转板(9)连接，关节轴承(10)的活动端连接旋转板(9)，数个第一弹簧(8)的端部均与旋转板(9)的侧周连接，旋转板(9)的侧周安装数个支撑杆(11)，支撑杆(11)的一端连接橡胶环(7)，橡胶环(7)的一侧连接弹性橡胶膜(12)，弹性橡胶膜(12)能覆盖橡胶环(7)中部的孔，定位板(5)的侧周安装至少三套记忆海绵弹性推动装置；所述海绵弹性推动装置包括导向管(15)，导向管(15)的一侧与定位板(5)连接，导向管(15)内部安装压杆(16)，压杆(16)的一端连接记忆海绵球(17)，压杆(16)的另一端连接数个第二弹簧(14)，第二弹簧(14)的一端连接导向管(15)。

2.根据权利要求1所述的一种柔性智能机械手，其特征在于，所述第一旋转杆(3)和第二旋转杆(4)均为高强度复合钢杆，所述高强度复合钢杆包括外套管(22)和高弹性立柱(25)，外套管(22)套在高弹性立柱(25)上，高弹性立柱(25)与外套管(22)之间安装铝镁合金管(24)。

3.根据权利要求2所述的一种柔性智能机械手，其特征在于，所述高弹性立柱(25)与外套管(22)均采用合金耐磨材料制成，所述合金耐磨出料以质量百计各组分为：碳：0～0.05％；氮：0～0.05％；锰：7.2～8％；硅：0～1％；铬：20％～21％；镍：4％～5％；钒：6.2％～8.5％；碳化钇：2.3％～3.5％；碳化钬：1.2％～2.4％；余量为铁。

4.根据权利要求3所述的一种柔性智能机械手，其特征在于，所述合金耐磨材料的各组分经过高温1750℃熔融后，恒温15小时；然后浇筑到模具中分别形成高弹性立柱(25)与外套管(22)的外形；然后将高弹性立柱(25)在恒温炉中以每小时下降5℃降温至室温，将外套管(22)浇筑成型后立即投入到温度为0℃的水中，高弹性立柱(25)、外套管(22)和铝镁合金管(24)插接完成后与上法兰盘和下法兰盘焊接制成成品。

5.根据权利要求1所述的一种柔性智能机械手，其特征在于，所述固定座(1)的侧部安装控制器(13)，固定座(1)的底部安装第一距离传感器(2)，定位板(5)的侧部安装第二距离传感器(6)，第一距离传感器(2)的感应探头竖直朝下，第二距离传感器(6)的感应探头朝向水平方向。

6.根据权利要求1所述的一种柔性智能机械手，其特征在于，所述弹性橡胶膜(12)为氯丁橡胶膜。

7.根据权利要求3所述的一种柔性智能机械手，其特征在于，所述合金耐磨材料还含有0.51％的金属钠。

8.根据权利要求3所述的一种柔性智能机械手，其特征在于，所述合金耐磨材料还含有0.74％的金属锂。